大学物理上波动光学02剖析.ppt

* 第四章 波动光学 薄膜干涉——劈尖 牛顿环 哈尔滨工程大学理学院 姜海丽 * 扩展光源：光源不是点或缝而是具有一定的宽度和面积。 4.3 薄膜干涉Interference in thin films 4.3.1 平行平面薄膜的干涉现象 如图：折射率为n2的平行平面膜。ab 和cd是膜的两表面，设n1n2n3 。S为单色扩展光源。L为透镜。 S a b c d n1 n2 n3 P γ γ i i C D B 1 2 3 L e A 4 5 S发射的任一束光1， 经薄膜上下界面反 射后得到平行光2 和3，它们被L会聚 于焦平面上一点P， 显然2和3满足相干 光条件，将产生干涉。 2、3两光线的光程差为： S a b c d n1 n2 n3 P γ γ i i C D B 1 2 3 L e A 4 5 其中的λ/2为半波损失的效果（当光从折射率小的光疏介质，射入折射率大的光密介质时，反射光有半波损失）。 对透射光4和5，此时的光程差为： 它们的干涉图样将与2和3正好相反/互补。 若S为复色光源，照射薄膜后，能观察到彩色的干涉条纹。 结论：一束光从面光源上S点射到薄膜表面时，产生反射、折射光，这两列光波的振幅都小于入射光的振幅。可形象地说：“振幅被分割了”。同理，光到下表面时，又有反射光与折射光，所以说振幅一次一次地被分割，此方法称为分振幅法。 4.3.2 增透膜与反射膜Antireflection films and Reflecting film 由上面所讨论的薄膜干涉可知，可以通过镀膜的方法提高光学仪器的折射率或反射率，这种膜称为增透或反射膜。 n0 nc n h 如图：镀层厚度为h ，折射率n0ncn，当以波长为λ的光垂直入射时，反射光的光程差为： 若要达到增透的效果只需： 即：反射光相互减弱，此时h 应满足： 反之要达到增反的效果只需： （1）等倾干涉Equal Inclination Interference 由薄膜干涉公式： 可知，对于厚度e 均匀的平行平面薄膜，若用单色光照射，光程差只随入射角i 的改变而改变。这样，具有相同入射角的光线产生的干涉条纹相互重叠，称为等倾干涉。 4.3.3 等厚干涉与等倾干涉Equal Inclination Equal Thickness Interferences 等倾干涉实验装置示意图 （2）等厚干涉Equal Thickness Interference 由薄膜干涉公式： 可知，对于厚度e 不均匀的平行平面薄膜，若用单色光以同一入射角照射，光程差只随厚度e 的改变而改变。这样，具有相同厚度的地方反射光产生的干涉条纹相互重叠，称为等厚干涉。典型的等厚干涉包括劈尖、牛顿环等。 S M 劈尖角 4.3.4 劈尖干涉Interference on a splitter 明纹 暗纹 （明纹） （暗纹） 讨论 1）劈尖 为暗纹. 3）条纹间距（明纹或暗纹） The distance between two adjacent bright (dark) fringes 2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差The thickness difference between two adjacent bright (dark) fringes 每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动. 4 ）干涉条纹的移动The interference fringes’ shift 例 1 有一玻璃劈尖 , 放在空气中 , 劈尖夹角 , 用波长 的单色光垂直入射时 , 测得干涉条纹的宽度 , 求 这玻璃的 折射率. 解 2）测膜厚Measuring the thickness of a film 劈尖干涉的应用 1）干涉膨胀仪 Interference Dilatometer 3）检验光学元件表面的平整度Detecting the roughness 空气 4）测细丝的直径Measuring the diameter of a thread 练习题 1、图a为一块光学平板玻璃与一个加工过的平面一端接触， 构成的空气劈尖，用波长为?的单色光垂直照射．看到 反射光干涉条纹(实线为暗条纹)如图b所示．则干涉条纹 上A点处所对应的空气薄膜厚度为e＝________． 2、用波长为?的单色光垂直照射到空气劈形膜上，从反射 光中观察干涉条纹，距顶点为L处是暗条纹．使劈尖角?连 续变大，直到